基于區塊鏈的卷煙質量追溯技術研究與設計

摘 要：隨著假煙、劣質煙屢禁不止現象的愈演愈烈，卷煙銷售市場秩序受到一定影響，同時，由于假煙、劣質煙質量不過關，也影響著消費者的生命健康。所以，市場和消費者急需一項全新技術實現對卷煙質量的管控和追溯。針對這一客觀現實，運用集難篡改性、去中心性、分布儲存等特征于一身的區塊鏈技術，設計卷煙質量追溯技術流程和架構，解決卷煙質量追溯難題。通過設計煙農、煙站、卷煙工業企業、煙草商業企業和市場監督管理局五個角色，將煙葉種植到卷煙銷售全程記錄在區塊上，在流程上保證卷煙質量追溯的實現;通過設計作業層、數據層、共識及網絡層、業務及應用層、用戶層五個層次，將各流程中采集的關鍵信息儲存在數據庫中，在架構上保證卷煙質量追溯的實現。

關鍵詞：區塊鏈;不可篡改;卷煙;質量追溯

中圖分類號：TP311.13 ????文獻標識碼：A 文章編號：1005-6432（2022）01-0062-02

DOI：10.13939/j.cnki.zgsc.2022.01.062

1 卷煙質量追溯與區塊鏈技術

1.1 卷煙質量追溯現狀

（1）制造銷售假煙現象嚴重。2019年，全國共查處5萬元以上假私煙案件10826起，查獲假煙40.97萬件、走私煙13.91萬件、非法煙絲煙葉2.61萬噸，收繳制假煙機337臺，依法拘留9178人、追究刑事責任5160人，嚴重影響了正常的市場秩序。

（2）假煙劣質煙危害嚴重。受設備、工藝、原輔料選擇等多方面的限制，假煙存在多方面的缺陷，其中焦油含量高是其最明顯的危害，有的假煙中焦油含量高達每支50毫克以上，比當前煙草行業強制性要求量高出284.6%。

（3）當前卷煙質量追溯技術薄弱。從早期的刮涂層、電話驗證到后期的二維碼驗證，煙草行業打假打私的技術一直在隨著技術的發展而進步，但是無法實現卷煙生產銷售流程的全面記錄，無法實現數據的不可篡改，從而導致無法徹底治理制造、銷售假煙和劣質煙的現象。

1.2 區塊鏈技術內涵及特性

（1）區塊鏈技術內涵。隨著比特幣的火熱，作為其底層技術的區塊鏈技術逐漸被熟知和研究。我國工業和信息化部2016年發布的《中國區塊鏈技術和應用發展白皮書》中將區塊鏈技術定義為：是集分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術為一體的新型應用技術。在區塊鏈技術模型中，基于時間戳的鏈式區塊結構、分布式節點的共識機制、給予共識算力的經濟激勵和靈活可編程的智能合約是區塊鏈技術最具有代表性的創新點。

（2）區塊鏈技術的核心特性。第一，不可篡改性：由于區塊鏈技術數據層的時間戳功能可以清楚明確地記錄修改行為的具體操作主體和操作時間，在一定程度上對假煙、劣質煙肆意篡改生產時間、生產地點等數據的行為形成一定的震懾作用。同時由于區塊鏈系統中的各個節點都是分布式排列的，且通過51%的節點驗證才能夠發展為系統共識，如果想對數據進行篡改就需要對系統中至少51%的節點進行逐個攻破并且擁有超過全區塊鏈系統網絡51%算力的支撐。這一特性有助于卷煙生產、卷煙銷售等重要信息進行留存和保護，同時通過難篡改的數字簽名和可信時間戳的保證，卷煙質量信息可以實現在各生產方和消費者之間的安全流轉;第二，去中心化：區塊鏈技術實質上是分布式儲存技術，可以形象的描述，區塊鏈就是一個分布式的記賬本，系統中的每一個節點都是這個記賬本的管理者，系統發生的每一筆交易都會被記錄在記賬本上，每一個節點都可以像賬本管理員一樣對交易進行驗證，這就使區塊鏈技術擁有了去中心化的特征。這一特性有助于從煙葉種植到卷煙銷售各個節點操作者對關鍵信息的管理，促進質量追溯體系內部結構向扁平化發展，打造去中心化質量追溯體系，實現卷煙質量數據跨域、跨境流轉。

2 基于區塊鏈的卷煙質量追溯體系流程設計

如圖1所示，為追溯流程設計方案，數據有數據庫和區塊鏈兩種方式儲存。數據庫由追溯系統中的市場監督管理局維護，區塊鏈由煙農、煙站、工業企業、商業企業四方共同維護，通過簡便的操作進行數據錄入、數據驗證和數據維護。除了以上四方，還有在追溯流程中最重要的角色：終端消費者。

在設計追溯流程中，煙農將種植過程中包括煙葉種植時間、煙葉種植地點、煙葉初烤時間等關鍵信息錄入到數據庫和煙農所維護的區塊鏈節點，經過系統內的共識過程將關鍵信息寫入區塊，一旦寫入成功，這些信息便具有了區塊鏈所賦予的可追溯性、難篡改性等特質，在信息寫入成功以后，會得到一條區塊返回值，這個返回值會保存到由市場監督管理局維護的數據庫中，是實現消費者對煙葉種植時間、地點等關鍵信息查詢的關鍵。

同樣的道理，煙站可以將煙葉收購時間、煙葉收購等級等關鍵信息寫入區塊中，工業企業可以將復烤時間、卷煙生產時間等關鍵信息寫入區塊中，商業企業可以將調運信息、入庫時間、投放地區等關鍵信息寫入區塊中，得到相應的返回值，保存在由市場監督管理局維護的數據庫中。市場監督管理局在整個數據錄入的過程中起到監督的作用，為消費者購買卷煙提供國家層面的監督，切實保障消費者的權益。

就消費者而言，通過卷煙質量追溯體系可以輕而易舉地查到煙農、煙站、工業企業、商業企業所提供的關于卷煙的詳細信息。其主要操作流程為：消費者通過掃描卷煙包裝上的二維碼對由市場監督管理局所維護的數據庫中的卷煙相關數據進行查詢，可以對卷煙的詳細流程信息進行查詢，如果查詢顯示的信息與卷煙實際信息不符，在很大的程度上可以斷定所購買的卷煙是假煙，消費者可以向市場監督管理局或者商業企業進行舉報，獲得相應的賠償。

3 基于區塊鏈的卷煙質量追溯體系架構設計

參照區塊鏈的基層架構，加入煙農、煙站、工業企業、商業企業實際作業層，設計出包含作業層、數據層、共識及網絡層、業務及應用層、用戶層5個層次的區塊鏈卷煙追溯架構，如圖2所示，分別對應不同的技術和不同的操作實體。

作業層指的是煙葉種植、煙葉收購、卷煙生產、卷煙運輸、卷煙銷售這五大環節，通過對操作人員的運作記錄和操作過程進行記錄，保證卷煙質量追溯數據主要來源。

數據層是實現整個質量追溯體系的重要基礎，包括數據采集和數據儲存。數據采集主要通過運用RFID（射頻識別）、條形碼等技術，對卷煙全流程操作進行記錄與寫入。數據儲存主要通過運用哈希算法、鏈式數據結構、非對稱加密算法、時間戳等技術對采集到的數據進行驗證、寫入和儲存，從而實現區塊上數據的不可篡改。

共識及網絡層為卷煙質量溯源提供技術保障，主要通過POW（工作量證明共識機制）、POS（權益證明共識機制）、DPOS（節點決策共識機制）實現區塊間數據的共識和驗證，保證寫入區塊中的數據是經過區塊各節點所共同承認的數據。通過P2P（對等網絡）實現節點之間的通信，區塊中每個節點既可以充當網絡服務的請求者，又可以對其他計算機的請求作出響應，提供內容和資源，從而實現數據的驗證、共享和分布儲存。

業務及應用層為卷煙質量追溯提供運行規則，設置智能合約、算法機制實現數據與業務的連接。通過智能合約實現區塊數據之間驗證的智能性。通過算法機制直接與實際業務掛鉤，實現業務邏輯與區塊鏈系統運行的結合。

用戶層對應的是參與和使用卷煙質量追溯的個人或組織，主要包括市場監督管理局、卷煙消費者、煙農、煙站、工業企業、商業企業等，滿足個人或組織對質量追溯的不同需求。

4 基于區塊鏈的卷煙質量追溯體系的實現

區塊鏈利用其特有時間戳、共識機制等技術手段使煙葉種植、煙葉收購、卷煙生產、卷煙銷售等數據實現了不可篡改和溯源功能。同時將市場監督管理局和消費者納入卷煙質量溯源監督體系，打破了傳統溯源的信息孤島，提供了信息支持，在一定程度上實現了生產和銷售過程的全透明，為良好的市場經營秩序提供技術支持，為消費者的生命健康提供質量保障。隨著區塊鏈技術研究發展的深入，加之煙草行業高質量發展的要求，區塊鏈技術必將為卷煙溯源、打假打私提供新的解決方案。

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[作者簡介]林浩瀚（1995—），男，蒙古族，內蒙古赤峰人，碩士，研究方向：新聞傳播、企業管理、區塊鏈技術落地應用。

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